Curva di calibrazione a cosa serve, come farlo, esempi

IL curva di calibrazione È un grafico che mette in relazione due variabili, che viene utilizzata per verificare che un'attrezzatura di misurazione funzioni correttamente. Indipendentemente da quale sia l'attrezzatura, il tempo, l'uso e l'usura naturale influiscono sulla qualità della misurazione.

Ecco perché è importante verificarne periodicamente il corretto funzionamento. Ciò viene eseguito confrontando le misure fornite dall'apparecchiatura con quelle di un dispositivo standard utilizzato come riferimento. Questo team di riferimento è il più preciso.

Figura 1. Curva di calibrazione di due dispositivi, rispetto al dispositivo di riferimento ideale (Green). Fonte: f. Zapata.

Ad esempio, nella Figura 1 abbiamo in verde il segnale di uscita di un dispositivo ideale, rispetto alla grandezza misurata, entrambi sono proporzionali.

Nello stesso grafico ci sono le curve di due strumenti diversi che non sono calibrati e che hanno comportamenti leggermente diversi l'uno dall'altro e con lo standard.

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Come funziona?

Ad esempio, supponiamo di voler calibrare un dinamometro, che è un dispositivo utilizzato per misurare forze come il peso degli oggetti e quelli che appaiono quando un oggetto accelera.

Per allungare una primavera, è necessario applicare una forza, che è proporzionale al tratto, secondo la legge di Hooke.

Un semplice dinamometro è costituito da una molla all'interno di un tubo fornito con un puntatore e una scala per indicare lo stretching. Ad un'estremità c'è un anello per contenere il dinamometro e nell'altro un gancio per appendere il peso.

figura 2. A sinistra un semplice dinamometro e a destra uno schema della procedura per calibrare. Fonte: Wikimedia Commons.

Un modo per calibrare il dinamometro è appendere pesi diversi, la cui massa era precedentemente determinata con un equilibrio (lo strumento di riferimento) e misurando lo stretching o l'allungamento della primavera, che dovrebbe essere leggera.

La legge di Hooke applicata al sistema Spring-Masa in equilibrio statico si traduce nella seguente equazione, che mette in relazione la lunga molla con l'impasto che pende:

L = (g/k) m + lo

Dove:

-L: lunghezza totale della molla

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-G: accelerazione della gravità

-K: costante di primavera

-M: Mass

-LO: lunghezza della molla naturale.

Una volta che hai diverse coppie di punti lunghezza-masa, Procedono a graficarli per costruire la curva di calibrazione. Poiché la relazione tra la lunghezza L e la massa M è lineare, la curva è una linea retta, dove:

In sospeso = g/k

Come fare una curva di calibrazione?

Questi sono i passaggi per creare una curva di calibrazione a uno strumento di misurazione.

Passo 1

Scegli lo standard di confronto da utilizzare, secondo il dispositivo che si desidera calibrare.

Passo 2

Seleziona l'intervallo adeguato di titoli e determina il numero ottimale di misure da effettuare. Se andassimo a calibrare un dinamometro, dovremmo valutare prima del limite del peso che può essere appeso senza deformare permanentemente. Se ciò accadesse lo strumento sarebbe inutilizzabile.

Passaggio 3

Prendi coppie di letture: una è la lettura fatta con il modello standard, l'altra è la misura fatta con il sensore che sta calibrando.

Passaggio 4

Crea un grafico delle coppie di letture ottenute nel passaggio precedente. Può essere fatto a mano, su una carta millimetrica o per mezzo di un foglio di calcolo.

L'ultima opzione è preferibile, poiché il percorso della mano può portare a lievi inesattezze, mentre è possibile eseguire una migliore regolazione con il foglio di calcolo.

Esempi di curva di calibrazione

Le curve di calibrazione vengono anche utilizzate per convertire una grandezza in un'altra che è facile da leggere, attraverso alcune proprietà o leggi che le relazionano.

Calibrazione di un termometro a resistenza al platino

Un'alternativa all'uso del mercurio è la resistenza elettrica. La resistenza è una buona proprietà termometrica, poiché varia con la temperatura ed è anche facile da misurare con un ohmmetro o un amperometro.

Bene, in questo caso, uno standard adeguato per costruire la curva di calibrazione sarebbe un buon termometro da laboratorio.

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È possibile misurare la temperatura delle coppie - resistenza e portarle a un grafico, che in seguito servirà a determinare qualsiasi valore di temperatura conoscendo la resistenza, purché il valore di ciò rientri nell'intervallo di misure che sono state prese.

Nella seguente curva di calibrazione, la temperatura con il termometro a pattern e nell'asse verticale la temperatura con un termometro a resistenza al platino viene tenuta sull'asse X, chiamato termometro a.

Figura 3. Grafico di calibrazione del termometro a resistenza al platino a. Fonte: f. Zapata.

Il foglio di calcolo trova la linea che si adatta meglio alle misure, la cui equazione appare in alto a destra. Il termometro in platino ha un aumento di 0.123 ºC per quanto riguarda il modello.

Una curva di calibrazione della soluzione

È un metodo utilizzato nella chimica analitica ed è costituito da una curva di riferimento, in cui la misura della misura.

Figura 3. Una curva di calibrazione della soluzione.

La curva viene utilizzata per trovare, mediante interpolazione, la concentrazione di analiti presente in un campione sconosciuto, attraverso detta risposta strumentale.

La risposta strumentale può essere una corrente elettrica o una tensione. Entrambe le magnitudini sono facili da misurare in laboratorio. Quindi la curva viene utilizzata per scoprire la concentrazione dell'analita sconosciuto in questo modo:

Supponiamo che la corrente sia 1500 mA nella curva di calibrazione. Siamo situati su questo punto sull'asse verticale e disegniamo una linea orizzontale sulla curva. Da questo punto proiettiamo una linea verticalmente verso l'asse X, in cui viene letta la rispettiva concentrazione dell'analita.

Esercizio risolto

Costruisci la curva di calibrazione di una molla costante elastica K e dal grafico, determina il valore di detto costante, tutti dai seguenti dati sperimentali della lunghezza delle coppie - Massa: Massa: Massa: Massa: Massa

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Soluzione

Ogni paio di valori viene interpretato come segue:

Quando è impiccato un impasto da 1 kg, la molla è allungata fino a raggiungere 0.32 m. Se una massa di 2 kg è impiccata, la primavera arriva a misura 0.40 m e così via.

Per mezzo di un foglio di calcolo, il grafico di lunghezza viene realizzato rispetto alla massa, che risulta essere una linea retta, come previsto dalla legge di Hooke, poiché la relazione tra lunghezza L e massa M è data da:

L = (g/k) m + lo

Come spiegato nelle sezioni precedenti. Il grafico ottenuto è il seguente:

Figura 4. Curva di calibrazione primaverile. Fonte: f. Zapata.

Sotto il titolo, il foglio di calcolo mostra l'equazione della linea che regola meglio i dati sperimentali:

L = 0.0713 M + 0.25

Il taglio della linea con l'asse verticale è la lunghezza naturale della molla:

L_O = 0.25 m

Da parte sua, la pendenza è il rapporto G/K:

G/k = 0.0713

Pertanto, prendendo G = 9.8 m/s², Il valore della costante di primavera è:

K = (9.8/0.0713) N/M

K = 137.45 N/M

Avendo questo valore, la nostra molla è calibrata e il dinamometro pronto a misurare le forze come segue: una massa sconosciuta è impiccata che produce un certo tratto, che viene letto sull'asse verticale.

Da questo valore una linea orizzontale viene disegnata sulla curva e a quel punto viene proiettata una linea verticale sull'asse x, dove viene letto il valore della massa. Avere la massa, abbiamo il suo peso, che è la causa dell'allungamento.

Riferimenti

1. Serway, r., Vulle, c. 2011. Fondamenti di fisica. 9na ed. Apprendimento del Cengage.
2. Tipler, p. 1987. Fisica pre -università. Editoriale tornato.
3. Tippens, p. 2011. Fisica: concetti e applicazioni. 7a edizione. McGraw Hill
4. Wilson, J. 2010. Esperimenti di laboratorio di fisica. 7 °. Ed. Brooks Cole.
5. Wikipedia. Curva di calibrazione. Recuperato da: è.Wikipedia.org.